Способ очистки ультрадисперсных алмазов от неалмазного углерода

 

Использование: для химической очистки синтетических алмазов, полученных в детонационной волне. Сущность: обрабатывают алмазсодержащую шихту окислительной смесью, содержащей, мас.%: перекись водорода 10-30, минеральная кислота или соль металла переменной валентности 0,05-5,0, вода остальное. Обработку проводят при повышенных температурах и давлении . 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 01 В 31/06

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ил О

Ъ,и юк

° и

H202 Hz0+ f0).

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4898135/26 (22) 02.01.91 (46) 07.06.93. Бюл. th 21 (71) Научно-производственное объединение

"Алтай" и Специальное конструкторско-технологическое бюро "Технолог" Ленинградского технологического института им.

Ленсовета

{72) Т,М.Ãóáaðåâè÷; И.С.Ларионова, P.P.Сатаев, ВЛОДолматов и В.Ф.Пятериков (56) Пу .;тин А,А., Никольская А.В. Калашников Я.Н. Химические методы извлечения алмазов из продуктов синтеза. Сверхтвердые материалы. f982, М 2, с. 20-28.

Изобретение относится к области технологии синтетических алмазов, конкретно к способам химической очистки алмазов, полученных в детонационной волне.

Цель изобретения — сокращение расхода агрессивных кислотных реагентов и уменьшение жидких и газообразных отходов при сохранении качества очистки.

Поставленная цель достигается тем. что в способе — очистки ультрадисперсных алмазов от неалмазного углерода путем обработки алмазсодержащей шихты водной окислительной смесью при повышенных температуре и давлении. окислительная смесь содержит перекись водорода, минеральную кислоту или соль металла переменной валентности при следующем соотношении компонентов. мас, :

Перекись водорода. Н202 10-30

Минеральная кислота или соль металла переменной валентности

„„Я „„1819851 А1 (54) СПОСОБ ОЧИСТКИ УЛЬТРАДИСПЕРСНЫХ АЛМАЗОВ ОТ НЕАЛМАЗНОГО УГЛЕРОДА (57) Использование: для химической очистки синтетических алмазов, полученных в детонационной волне. Сущность: обрабатывают алмаэсодержащую, шихту окислительной смесью, содержащей, мас. : перекись водорода 10-30, минеральная кислота или соль металла переменной валентности

0,05-5,0, вода остальное. Обработку проводят при повыШенных температурах и давлении. 1 табл.

Вода Остальное

Процесс.проводят следующим образом.

Алмазсодержащую шихту суспендируют в водном растворе минеральной кислоты или соли, суспензию помещают в реактор C© высокого давления, нагревают до заданной температуры и смешивают с расчетным ко- 0 личеством перекиси водорода, взятой в ви- Q(j де водного раствора. При этом неалмазный Qf углерод превращается в углекислый газ, а очищенные алмазы сохраняются в виде суспензии а слабокониантрироаанном растаоре кислоты или соли.

Сущность заявляемого способа заключается в том, что в условиях процесса перекись водорода проявляет свойства сильного окислителя. разлагаясь в присутствии катализатора (минеральной кислоты или указанной соли) по схеме

1819851

Выделяющийся кислород взаимодействует с высокодисперсным углеродом шихты

С+ х (0) - (C0xjaac. -+ СОг

В

Установлено. что в отсутствие катализатора окисление затрагивает только поверхностные, наиболее разупорядоченные слои углеродных частиц. Причем этот процесс в равной мере идет на поверхности как неалмазных частиц (графит, сажа), так и алмазов.

Это, по-видимому, связано с многообразием факторов. влияющих на разложение перекиси: наличие дисперсных частиц, разнообразных функциональных групп на поверхности, микропримесей металлов и т.п.

Разложение перекиси в этих условиях может идти не только по окислительному, но и по восстановительному механизму, что в целом снижает окислительный потенциал системы, В результате основная масса неалмазного углерода сохраняется, т,е. задача очистки УДА не решается.

Использование окислительной смеси согласно заявляемому способу приводит к тому, что идет целенаправленное окисление неалмаэного углерода до СОг при полном сохранении алмазных частиц. Другим продуктом основной реакции;

С+ 2НгОг — СОг+ 2НгО. . является вода. Таким образом, ис - ючается загрязнение атмосферы кислотными окислами типа йОх.

Концентрация перекиси водорода в окислительной смеси составляет 10-30 мас. Превышение концентрации НгОг выше 30% не дает дополнительного эффекта . очистки, кромолого. сопровождается обильным газооыделением и черезмерным ростом . давления. Уменьшение концентрации НгОг ниже 10 ф ухудшает качество очистки, снижает производительность процесса за счет . сильного разбавления суспензии относительно целевого продукта, В качестве минеральной кислотьг используют азотную, серную, фосфорную и другие кислоты. В качестве солей металлов переменной валентности — соли железа. меди,.хрома, марганца и т.п. Указанные компоненты окислительной смеси проявляют каталитические свойства при их концентрации 0,05-5,0 мас., Снижение концентрации менее 0,05% ухудшает. качество очистки, превышечие сверх 5 не дает дополнительного эффекта очистки, одновременно лишая способ преимущества в части

Перекись водорода 22.3

Азотная кислота 2,4

Вода Остальное

Расход НМОз на 1 мас.ч. шихты равен 1

Пример 2 (непрерывный режим).

Навеску 50 r алмазсодержащей шихты суспендируют в 500 мл в раствора сульфата железа(! 1), подкисленного несколькими каплями серной кислоты; проточный автоклав, соединенный с двумя насосами-дозаторами сокращения расхода кислот и объема кислых промывных вод.

Таким образом, для очистки УДА по заявляемому способу расход кислоты (в пересчете на НМОз) снижается до 0,5-5 на 1 мас.ч. алмазсодержащей шихты; при использовании раствора соли процесс ведут в нейтральной среде. Отработанные растворы после отделения осадка УДА и укрепле"0 ния могут быть повторно использованы для обработки шихты.

Очистка УДА согласно заявляемому способу проводится при нагревании до 180—

280 С и давлении 20-100 атм, Эти условия

"5 соответствуют жидкофазному состоянию смеси и. вероятно, повышенной растворимости активного кислорода в жидкости. За счет этого обеспечивается достаточная концентрация окислителя в системе и необхо20 димое время контакта реагирующих веществ.

Расход НгОг на окисление 1 мас.ч. шихты составляет 20-100 мас.ч. и зависит от других условий реакции: температуры, дав25 ления, качественного и количественного состава окислительной смеси.

Сущность способа поясняется конкретными примерами его выполнения.

Пример 1 (периодический режим).

Навеску 5 г алмазсодержащей шихты суспендируют 50 мл 30 -ного раствора азотной кислоты, Суспенэию помещают в автоклав, выполненный иэ нержавеющей стали. соединенный с ресивером и дозато35. ром перекиси водорода. С помощью сжатого воздуха о системе создают давление 60 атм, Суспензию нагревают до 240 С, затем с помощью насоса-дозатора, например НД

2.5/400, в автоклав подают 150 мл водного

"0 раствора НгОг с концентрацией 30 . Автоклав охлаждают, избыточное давление газов стравливают, осаждением УДА отделяют от реакционной жидкости известными способами. Качество очистки УДА

45 удовлетворяет требованиям ТУ.

Окислительная смесь содержала, мас, :

1819851

0,05 — 5,0

Остальное

Состав окислительнои смеси. мас. р

Расход реагента. мас.ч. на 1 мас.v алмаэсо !ликты

Примечание та опыта

НгО кислота соль соль кислота

Ниэкая концентрация окислите15 ля, неудовлетворительное качество очистки

0,74

1.О

2.7

1,2

ННОэ !.8

Н150к 1 6

НэРОа 3

Нг50в 0.8

22.5

3О,33.4

15 ! 8.8

12.2

5.6

Рост давления,пенооорвэование придоэировке высококонцентрированнои перекиси водорода

Ниакая концентрация соли

FATSO< 0О3

002

22,5

17,6

H4ll4O6h6TIOpHTcIILNo6 качество очистки

О,05

0,9

5.0

FeSOe 0.05

Си(йоггг 0.7

СтЯ504)з 5

22.5

18.8

23.0

2О

20.2

27,3

23.0

15.6

8

10

4.3

8vcoM% концентрация кислоты, ННОэ 5.5 увеличение количества жиакик отходов п отмывке УДА

Составитель М.Губаревич

Редактор И.Никольская Техред M.Mîðãåíòçë Корректор М.Шароши

Заказ 2004 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 и приемником высокого давления, предварительно заполняют таким же раствором сульфата железа (! I). создают в системе сжатым воздухом давления 70 атм и нагревают автоклав до 250 С. С помощью насосов-до- 5 заторов автоклав подают одновременно суспензию шихты и водный раствор 30%ной перекиси водорода. Очищенный алмаз в виде суспензии в солевом растворе собирают в приемнике высокого давления, кото- 10 рый периодически разгружают. Осадок алмазов отделяют от жидкости известными способами. Качество очистки УДА удовлетворяет требованиям ТУ.

Окислительная смесь содержала, 15 мас,%:

Перекись водорода 27,3

Соли железа 1,8

Вода Остальное

Расход кислоты — О, расход соли — 0,2 на 20

1 мас.ч. шихты.

Другие примеры осуществления способа приведены в таблице.

Формула изобретения

Способ очистки ультрадисперсных алмазов от неалмазного углерода путем обработки алмазсодержащей шихты водной окислительной смесью при повышенных температурах и давлении, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью сокращения расхода агрессивных кислотных реагентов и уменьшения жидких и газообразных отходов при сохранении качества очистки, окислительная смесь содержит перекись водорода, минеральную кислоту или соль металла переменной валентности при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Перекись водорода НгОг 10 — 30

Минеральная кислота или соль металла переменной валентности

Вода